ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФЕРМЕНТО-АНТИСЕПТРИУЮЩИХ ПРЕПАРАТОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ДЕФЕКТНОЙ СВЁКЛЫ Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

УДК 664.124

Обоснование применения ферменто антисептирующих препаратов при переработке дефектной свёклы

В.А. СОТНИКОВ, д-р техн. наук

Т.Р. МУСТАФИН, канд. биолог, наук, зав. лабораторией А.В. СОТНИКОВ, вед. менеджер

Т.В. РУДИЧ, зам. директора департамента коммерции и логистики совместной сервисной химико-микробиологической службы (ООО «НПП «Макромер» им. B.C. Лебедева» и ИП Сотников В.А. («Предприятие ПромАсептика»), +7 906 323 85 31 (e-mail: [email protected]) V. WILD, менеджер

U. MOISCH, технолог SternEnzym GmbH&Co.KG, Germany, +49 410 220 24 65(e-mail: [email protected])

В связи с увеличением объёма заготавливаемого сырья в 2017 г. большинство отечественных са-харопроизводителей было вынуждено сверхнормативно увеличить длительность сезона переработки свёклы до 120 суток и выше. Продление сезона переработки вкупе с неблагоприятными агротехническими и климатическими факторами в значительной степени спровоцировало снижение уровня технологичности дефектной свёклы. Как показали наши многолетние (в течение 2014—2017 гг.) исследования, сырьё бывает подвержено дефектности трёх типов: лейконостковое поражение, поражение слизистым бактериозом и гнилостное поражение. На сахарных заводах встречается, как правило, смешанный тип поражения, но с преобладанием того или иного типа. Мы заметили, что вероятность поражаемости свёклы каким-либо типом зависит от географического расположения предприятия (рис.1).

Так, лейконостоковое поражение наиболее часто встречается на предприятиях, расположенных в южных и юго-западных областях России. Для этих регионов характерные климатические условия (высокая температура копки свёклы в сочетании с дождевыми осадками) и заражённость почв лейконостоками являются,

на наш взгляд, основным провоцирующими факторами для данного типа дефектности свёклы. Поражаемость слизистым бактериозом в этих регионах встречается реже, а гнилостное поражение — в исключительных случаях, и то только к концу сезона переработки.

Напротив, в северо-западных и восточных областях, где нередки

случаи многократного промерзания-оттаивания свёклы, она подвержена в основном гнилостному типу поражения. Однако затяжная тёплая, дождливая осень в этих местностях может также спровоцировать развитие и лейконосто-ка, и слизистого бактериоза.

На предприятиях западного и юго-западного направлений встречается смешанный тип де-

Т г f .у- JIH!

Брянская обл.

Орловская обл. Курская обл.

I

Белгородская обл■.' Воронежская обл. Тамбовская обл.

Краснодарский край Ставропольский край

— гнилостное поражение

— слизистый бактериоз

— лейконосток

Рис. 1. Зональная карта дефектности свёклы

— сахарные заводы

фектности, но с преобладанием слизистого бактериоза.

Рассмотрим характеристики и особенности каждого из трёх типов дефектности свёклы.

1-й тип дефектности —

лейконостоковое поражение

Возбудителем болезни являются бактерии рода Leuconostoc (Leuc. mesenteroides и Leuc. dextranicum) [1] — молочнокислые, неспоро-образующие, неподвижные, гете-роферментативные факультативно-анаэробные слегка вытянутые кокки, располагающиеся в виде цепочек (рис. 2).

Отличительной особенностью этих бактерий является их способность активно превращать сахарозу, глюкозу, фруктозу и раффинозу в декстран.

Декстран — полисахарид, разветвлённый полимер глюкозы с а-1,6- и а-1,3-связями. Дек-стран в зависимости от степени полимерности проявляется в двух аморфных состояниях: в виде геля или желе и в виде уплотнённых конгломератов — клёка. Низкомолекулярный декстран, растворённый в диффузионном соке, даёт очень вязкие гелиевые растворы. Высокомолекулярный «созревший» декстран, контактируя с воздухом, приобретает уже разнообразные клёковые формы — в виде «рисовых зёрен» и «вермишели» (в диффузионном соке); в виде плотных молочно-белого

цвета плёнок (на ноже пульполо-вушек); в виде массивных слизистых образований, встречающихся на поверхностях оборудования и в коммуникациях завода и похожих на лягушечью икру.

Характерной особенностью «болезни лягушечьей икры» является её бессимптомное протекание на начальных (1-й и 2-й) стадиях заражения, с молниеносным нарастанием проблем на 3-й и 4-й стадиях, когда предприятие уже тотально поражено. На ранних стадиях лейконостоки, слабо продуцируя молочную кислоту, не приводят к снижению рН диффузионного сока (а в некоторых случаях даже повышают рН) и поэтому для технолога остаются незамеченными, что приводит к потере драгоценного времени для принятия мер по борьбе с этой инфекцией. Таким образом, ранее диагностирование болезни является актуальной задачей и залогом минимизации потерь сахара.

Нами был разработан экспресс-метод [2], основанный на выявлении слизистых включений («облачков») путём прямого микро-скопирования сахаросодержащих растворов, окрашенных специальным красителем «Блек 0», который позволяет надёжно выявить уже 1-ю стадию инфицирования не только лейконостоками, но и слизистым бактериозом. Используя данный метод, можно отслеживать проявление этих типов дефектности начиная уже с приёмки свёклы, что особенно актуально для предприятий, расположенных в зонах максимального риска.

Однако поражённая слизеобра-зующими бактериями свёкла является не единственным очагом инфекции. Само предприятие, функционирующее десятилетиями, становится накопителем лей-коностока, и при благоприятных условиях этот «заводской» лейко-носток также может быть источником инфекции. Поэтому следует проводить ежедневный экспресс-мониторинг на общую заражён-

ность предприятия слизистыми бактериями. Для этого достаточно произвести анализ на отсутствие (присутствие) слизей в осадках карбоната кальция, отобранных из аппарата Бригель-Мюллера.

Завод считается не заражённым лейконостоком и слизистыми бактериями, если количество кристаллов карбоната кальция, «облепленных» светлыми «облачками» слизей, ориентировочно не превышает 10 % от общего количества кристаллов, обнаруженных в поле зрения микроскопа (рис. 3).

Если же количество «облачков» превышает 10 %, то можно констатировать факт заражения завода слизистыми бактериями (рис. 4).

2-й тип дефектности —

слизистый бактериоз

Поражение свёклы слизистым бактериозом, к сожалению, частое явление для отечественных сахаропроизводителей и занимает первое место по встречаемости во

Рис. 3. «Чистые» кристаллы карбоната кальция_

Рис. 4. Белые «облачка» слизей, адсорбированные на кристаллах карбоната кальция

всех регионах России. Провоцирующими факторами развития этого типа дефектности являются ка-гатные гнили и неблагоприятные климатические условия. Микробиологический пейзаж слизистого бактериоза весьма разнообразен. Молочнокислые микроорганизмы из рода Lactobacillus, продуцирующие молочную кислоту, являются активными кислотообразовате-лями и способны сильно снижать рН диффузионного сока и жомо-прессовой воды. Бактерии Serratia, размножаясь в свекловичном соке, активно расщепляют белок и образуют полисахаридную слизь пока не выясненной природы. Бактерии рода Bacillus и Aerobacter levanicum subtilis способны образовывать ле-ван. Полисахарид леван в отличие от декстрана состоит из молекул D-фруктозы, связанных связями Р-2,6. Леван по внешнему виду, как и декстран, представляет собой слизеобразующее вещество. Его содержание в свёкле, поражённой слизистым бактериозом, и в диффузионном соке, полученном из такой свёклы, обычно выше, чем декстрана. По своим коллоидным свойствам леван очень близок к декстрану и может быть обнаружен также с помощью красителя «Блек 0» в сахаросодер-жащих растворах в виде белых «облачков» (рис. 5).

Наличие левана и декстрана в диффузионном соке значительно затрудняет его фильтрование, повышает вязкость сиропа и оттёков, замедляет процесс кристаллиза-

Рис. 5. Белые «облачка» левана в диффузионном соке_

ции, влияет на габитус кристаллов. Поскольку леван и декстран схожи по своему влиянию на технологические процессы, методы борьбы с этим типами дефектности едины (табл. 1).

Инфицирование предприятия слизистым бактериозом, в отличие от лейконостокового поражения, всегда сопровождается развитием молочнокислых бактерий (рис. 6).

3-й тип дефектности — гнилостное поражение

Провоцирующими факторами развития гнилостного поражения свёклы являются длительное хранение и особенно одно- или многократное её замораживание-оттаивание. На начальном этапе гниения плесневые организмы (микофлора), выделяя ферменты,

Рис. 6. Инфицирование диффузионного сока молочнокислыми бактериями_

размягчают ткань свёклы. Далее к этой микофлоре присоединяется бактериальная микрофлора, и процессы деструкции свекловичной клетчатки многократно усиливаются (рис. 7).

Известно [3], что в клеточном соке такой свёклы содержание коллоидов составляет 3,64 % на 100 СВ. В жомопрессовой воде коллоидов больше всего — 3,92 % на 100 СВ, доля пектинов велика, и они закольцованы. В диффузионном соке содержание коллоидов 2,1 % на 100 СВ.

Коллоидные вещества (КВ) оказывают негативное влияние на технологические процессы. 2017 год был особо «богат» на этот тип дефектности. При переработке такой свёклы (с доброкачественностью 70 % и ниже) сахаровары столкнулись с проблемами: плохой фильтрацией (КВ при взаимодействии с известью дают желатинообразный и плохо фильтруемый осадок), повышенным пенообразованием, нарастанием цветности и мутности сатурированного сока и сиропов, а также с повышением золы в сахаре и выхода мелассы. В этой ситуации, безусловно, требуется количественная оценка уровня содержания КВ по методу, предлагаемому Л.А. Литвиновской [3].

Гниение свёклы

Рис. 7. Деструктивные процессы гнилостного поражения свёклы

Чистый диффузионный сок («туман» Коллоидные вещества диффузионного и «облачка» слизей отсутствуют) сока в виде «тумана»

Рис. 8. Экспресс-метод определения коллоидных веществ в диффузионном соке

Для визуальной и качественной оценки присутствия КВ, например, в диффузионном соке мы предлагаем использовать тот же экспресс-метод прямого микро-скопирования, который был рекомендован для определения дек-страна и левана. Этим методом КВ выявляются в виде «тумана», а не «облачков», свидетельствующих о наличии слизей (декстрана и левана) (рис. 8). Технологам известно, что при переработке такой дефектной свёклы с целью минимизации перехода КВ в растворённое состояние и вывода их из закольцованного состояния необходимо снижать температуру на диффузии, исключить возврат жомопрес-совой воды и суспензии I сатурации. Однако в сильно поражённой свёкле значительная часть КВ уже находится в растворённом состоянии [4] и, следовательно, вышеука-

занные приёмы оказываются малоэффективными. В сложившейся ситуации, на наш взгляд, использование технологических реагентов, нацеленных на снижение уровня КВ в диффузионном соке, должно в значительной степени улучшить технологические способности дефектной свёклы.

Технология применения ферменто-антисептирующих препаратов при поражении свёклы лейконостоком или слизистым бактериозом (рис. 9)

При этих типах поражения необходимо, с одной стороны, надёжно подавить развитие микрофлоры,

Декстрасепт 2

или

п^А. ^___^^^

Бетасепт А и Б

или

Декстрасепт 1

Свёкла

В соко-„ очистительное отделение

3

а-

О

^

О

и

и

£

Рис. 9. Технология применения ферменто-антисептирующих препаратов

а с другой — уничтожить декстран и леван, которые уже успели накопиться как в самой свёкле, так и в технологических потоках на заводе.

Для надёжного уничтожения лейконостока, молочнокислых и гнилостных микроорганизмов необходимо использовать препарат «Декстрасепт 1» или «Бетасепт А и Б», которые являются смесью абиотических веществ с хелатиру-ющими тензидами.

Степень инфицированности молочнокислыми микроорганизмами хорошо коррелирует с величиной рН, а также с количеством молочной кислоты и поэтому достаточно точно может определяться разницей (АрН) между значением величины рН, например, диффузионного сока и величиной рН нормального сока свёклы. Однако этот метод диагностирования неприемлем для предприятий, которые практикуют кислотную обработку питательной воды и, соответственно, должны ориентироваться только на показатели содержания молочной кислоты. Расход антисептирующих препаратов определяют в зависимости от степени инфицированности молочнокислыми микроорганизмами (табл. 1).

С целью выявления зон инфицирования слизистыми бактериями технологической линии производят анализ на присутствие «облачков» слизей из следующих проб:

1) диффузионных соков непосредственно из самого диффузионного аппарата (из серединной части диффузионного аппарата), с пульполовушки, из сборника диффузионного сока;

2) жомопрессовой воды (с пуль-половушки).

Выявив, таким образом, очаги инфекции и степень инфициро-ванности, принимают решение об антисептировании выявленных зон поражения препаратом «Дек-страсепт 1» или «Бетасепт А и Б». Рекомендуемые нормы внесения этих препаратов указаны в табл. 2.

Как правило, посторонние микроорганизмы развиваются в диффузионном аппарате, поэтому «Декстрасепт 1» и «Бетасепт А и Б» следует подавать непрерывно или дробно именно на данном технологическом участке.

При инфицировании процесса диффузии препараты в виде раствора вводят в III зону — для наклонного диффузионного аппарата; в точку ввода питательной и жомопрессовой воды — для роторного диффузионного аппарата и в серединную или хвостовую часть — для колонного диффузионного аппарата.

Однако нередки случаи инфицирования диффузионного сока в сборнике или жомопрессовой воды. В таких случаях необходимо производить «шоковое» антисеп-тирование этих потоков. Вышеуказанные препараты (предварительно растворённые или в сухом

виде) следует вносить дробно в диффузионный сок или жомо-прессовую воду через соответствующие пульполовушки (рис. 9).

Использование рекомендуемых антисептирующих препаратов при 1-й и 2-й степени инфицирования надёжно предотвращает накопление декстрановых и левановых слизей по всему технологическому потоку. Однако, если свёкла уже накопила в себе слизи или когда предприятие имеет 3-ю или 4-ю степень инфицированности, использование только этих анти-септирующих средств оказывается недостаточным. Поэтому с целью уничтожения декстрана и левана следует дополнительно использовать ферментный препарат «Дек-страсепт 2».

Препарат «Декстрасепт 2» состоит из термоустойчивой дек-страназы и термоустойчивой леваназы. Отличительной осо-

Таблица 1. Нормы расхода антисептирующих препаратов в зависимости от степени инфицированности молочнокислыми бактериями

АрН, ед. Содержание молочной кислоты, мг/кг Степень инфицированности Нормы внесения препарата «Декстрасепт 1» или «Бетасепт АиБ», кг/1 тыс. т свёклы в сутки

0,2 < 100 0 0,25-0,35*

0,6 200 1 0,5-0,6

0,8 600 2 0,7-0,8

1,0 800 3 0,9-1,2

Свыше 1,0 Свыше 800 4 1,3-1,5

Примечание: * — профилактическая доза (рекомендуется в случаях инфицированности свёклы слизистым бактериозом, но в отсутствие инфицированности этими микроорганизмами самого завода)

Таблица 2. Нормы расхода антисептирующих препаратов в зависимости от степени инфицированности лейконостоками и слизистым бактериозом

Среднее количество «облачков», шт. Степень инфицированности лейконостоками и слизистым бактериозом Нормы внесения препарата «Декстрасепт 1» или «Бетасепт А и Б», кг/1 тыс. т свёклы в сутки

0 0 0,25-0,35*

1 1 0,5-0,6

5 2 0,7-0,8

10 3 0,9-1,2

Свыше 10 4 1,3-1,5

Примечание: * - проф свёклы лейконостоко этими микроорганизм шлактическая доза (рекомендуется в случаях инфицированности м и слизистым бактериозом, но в отсутствие инфицированности 1ами самого завода)

бенностью декстраназы (производство SternEnzym, Germany) от аналогов других производителей является её высокая активность и способность функционировать в широком диапазоне рН со смещением в щелочную зону (5,7-8,8 ед. рН).

Леваназа — новейший ферментный препарат, не имеющий аналогов в мире; является продуктом совместного производства SternEnzym, Germany и Российского предприятия «ПромАсеп-тика». Леваназа катализирует процессы гидролиза левана и левано-подобных полисахаридов, что в конечном счёте приводит к их растворению.

Основное место ввода препарата «Декстрасепт 2» — на свекловичную стружку в виде его водного раствора. Раствор желательно вносить непрерывно, в мелкокапельном состоянии (путём распыления).

Препарат можно вносить и непосредственно в свеклорезку. При этом способе внесения он равномерно распределяется по всей поверхности и объёму стружки с увеличением удельной концентрации и продолжительности его контакта со слизями.

Неплохие результаты получены при внесении препарата либо в ошпариватель, либо в ситовое пространство диффузионного аппарата.

Если завод сильно инфицирован слизями (3-я или 4-я степень ин-

фицирования), препарат целесообразно вводить непосредственно в диффузионный аппарат (через III зону или в хвостовую зону с жомо-прессовой водой).

Расход препарата «Декстрасепт 2» зависит от степени ин-фицированности лейконостоком и слизистым бактериозом и составляет от 0,3 до 4,0 кг на 1 тыс. т свёклы в сутки.

Тотальное инфицирование лей-коностоком и слизистым бактериозом приводит к значительным затруднениям в процессах фильтрования соков и сиропов. В этих случаях с целью снижения их вязкости «Декстрасепт 2» рекомендовано вносить непосредственно в нефильтрованные сатурированные соки и сиропы. Расход препарата составляет 0,5—1,0 кг каждый час в ёмкость нефильтрованного сока до восстановления нормальных параметров работы фильтрационных установок. Как правило, достаточно бывает от одного до трёхкратного внесения препарата до восстановления режимов фильтрования.

Технология применения ферменто-антисептирующих препаратов при переработке долго хранящейся, подмороженной и поражённой гнилями свёклы (рис. 9)

При переработке свёклы, имеющей этот тип дефектности, применение препаратов «Декстрасепт 1» и «Декстрасепт 2» оказывается уже

малоэффективным. Это связано с тем, что значительная часть КВ переходит в растворённое состояние и накапливается в диффузионном соке.

С целью растворения КВ и, следовательно, облегчения процессов дефекосатурации рекомендуется заменить препарат «Декстрасепт 2» препаратом «Дефеказа».

Препарат «Дефеказа» является модифицированным вариантом препарата «Декстрасепт 2», в состав которого помимо декстрана-зы и леваназы входит ферментный препарат коллоидаза (производство SternEnzym, Germany). Действие коллоидазы можно наглядно продемонстрировать в экспериментах со стабилизированными Са(ОН)2 КВ, которые были получены методом высаливания спиртом из диффузионного сока, произведённым из свёклы, поражённой гнилями. В контроле (без добавления «Дефеказы») окрашенные красителем «Бирюзовый» КВ при микроскопировании выглядят в виде массивных конгломератов (рис. 10 А). По мере воздействия на диффузионный сок препаратом «Дефеказа» (экспозиция 1 минута) коллоидные вещества «разрыхляются» и «растворяются» (рис. 10 Б), и по истечении 5 минут эти конгломераты в пробе диффузионного сока практически отсутствуют (рис. 10 В).

Технология применения и расход препарата «Дефеказа» анало-

А. Контроль

Рис. 10. Действие препарата «Дефеказа» на коллоидные вещества

гичны тем, которые рекомендованы для препарата «Декстрасепт 2».

В результате производственных испытаний были отработаны следующие мероприятия по переработке свёклы различных типов дефектности.

Важным условием, определяющим выбор ферменто-антисепти-рующих препаратов, является тип дефектности свёклы.

При поражении свёклы лейконо-стоком и слизистым бактериозом необходимо предотвратить распространение этих видов инфекции по технологической линии, используя антисептирующие препараты типа «Декстрасепт 1» или «Бетасепт А и Б». Параллельно для борьбы с леваном и декстраном рекомендуется применять ферментный препарат «Декстрасепт 2».

При переработке свёклы с гнилостным поражением следует также проводить антисептирование предприятия, но для борьбы со слизистыми и коллоидными веществами использовать ферментный препарат «Дефеказа».

На предприятиях, перерабатывающих дефектную свёклу, совместное применение вышеуказанных антисептирующих и ферментных препаратов позволило:

— надёжно предотвратить инфицирование предприятия молочнокислыми, гнилостными бактериями и лейконостоком даже в крайне запущенных состояниях (3-й и 4-й степени заражения);

— стабилизировать работу со-коочистительного отделения, повысить эффективность и срок эксплуатации фильтрационных (свечных и предкамерных) установок, снизить мутность сатурированных соков;

— увеличить содержание СВ в отжатом жоме на 1,0—1,5 абс. %, т. е. в среднем с 23 до 24,0—24,5 %;

— сократить потери сахара и улучшить его потребительское качество.

Список литературы 1. Koneman, E.W. The Grampositive cocci: part II: Streptococci, Enterococci, and the «streptococcus-like» bacteria / Color Atlas and textbook of diagnostic microbiology / E.W., Koneman, S.D. Alien, etc. // Philadelphia : Lippincott, 1997. -Р. 577-651;

2. Сотников, В.А. «Бетасепт» и «Декстрасепт»: на всех фронтах борьбы с бактериальной инфекцией / В.А. Сотников, А.В. Сотников // Сахар. - 2017. - № 2. - С. 2-6.

3. Литвиновская, Л.А. Технологичность свёклы урожая 2017 года и особенности её переработки / Л.А. Литвиновская // Сахар. -2017. - № 1. - С. 30-35.

4. Сапронов, А.Р. Технология сахарного производства / А.Р. Сапронов. - М. : Колос, 1999. - 494 с.

Аннотация. В статье представлены данные многолетних наблюдений, позволяющих выявить три основных типа дефектности свёклы (лейконостковое поражение, поражение слизистым бактериозом и гнилостное поражение), которые наиболее часто встречаются на предприятиях Российской Федерации. Для каждого конкретно типа сырьевой дефектности представлено обоснование использования определённого ассортимента ферменто-антисептирующих препаратов. Применение препаратов «Декстрасепт 1» или «Бетасепт А и Б» совместно с «Декстрасепт 2» или «Дефеказа» в промышленных условиях позволило надёжно подавить инфицирование сахаросодержащих потоков и исключить накопление в них слизеобразующих веществ (декстрана, левана и коллоидных веществ), что привело к улучшению технико-экономических и качественных показателей сахарных заводов, перерабатывающих свёклу с пониженными технологическими качествами. Ключевые слова: дефектная сахарная свёкла, слизистый бактериоз, лейконосток, декстран, леван, коллоидные вещества, ферменто-антисептирующие препараты.

Summary. The article presents the data of long-term observations, which allow to identity the 3 main types of defect in beet (leuconostoc, mucous bacterial infection and putrefaction), which are most often encountered at the enterprises of the Russian Federation. For each specific type of raw defectiveness, the rationale for using a certain range of enzyme-antiseptic drugs is presented. The use of «Dextrasept 1» or «Betasept A and В» preparations together with «Dextrasept 2» or «Defecasa» in industrial conditions made it possible to reliably suppress the infection of sugar-containing streams and exclude the accumulation of mucus-forming substances (dextran, levan and colloid substances) to improve the technical, economic and quality indicators of sugar factories that process beets with reduced technological qualities. Keywords: defective sugar beet, mucous bacteriosis, leuconostoc, dextran, levan, colloid substances, enzyme-antiseptic drugs.